Topla i hladna voda su i tekući oblici H2O, ali imaju različitu gustoću zbog utjecaja topline na molekule vode. Iako je razlika u gustoći neznatna, ona ima značajan utjecaj na prirodne pojave poput oceanskih struja, gdje se tople struje obično uzdižu iznad hladnih.
Gustoća vode
Hladna voda je uvijek gušća od tople; promjena gustoće iznosi oko 4 desetine jednog posto između skoro smrzavanja i 30 stupnjeva Celzijusa (86 stupnjeva Fahrenheita). Iako je mala, razlika omogućuje da topla voda "pluta" povrh hladne vode, pojava koja se svakodnevno događa u svjetskim oceanima.
Gustoća tople vode
Razlog zašto je topla voda manje gusta od hladne je sama toplina. Kad se toplina uvede u vodu (iz izvora poput Sunca), njene molekule pobuđuje energija. Počinju se brže kretati, pa kad se nalete, odskoče dalje. Povećani razmak između molekula koje se brzo kreću smanjuje gustoću.
Gustoća hladne vode
Hladna voda ima veću gustoću od vruće, jer su njezine molekule vode tromije; vibracije i pokreti su sporiji i manje energični. Molekule se manje poskakuju i potiskuju, pa se više može uklopiti u manji prostor. Budući da su čvršće spakirani, gustoća vode je veća.
Konvekcija vode
Budući da je topla voda manje gusta, kad se susretnu topla i hladna, topla se voda podiže do vrha; znanstvenici to nazivaju "konvekcijom". Taj postupak ponekad stvara ciklus u kojem se voda na površini jezera zagrijava danju, a noću se hladi i tone, stvarajući polaganu, kontinuiranu cirkulaciju iz dubine na površinu i natrag opet.
Oceanske struje
Mase tople vode izdižu se iznad hladne vode u svjetskim oceanima. S obzirom na struje, topla, tropska voda premješta se prema polovima u pokretu poput pokretne trake, a ispod ima hladne vode. Podjela u temperaturama naziva se termoklim. Golfska struja je primjer ovog fenomena, a ovaj ciklus donošenja tople tropske vode također utječe na klimu na velikim geografskim područjima. London, na primjer, nije tako hladan kao Calgary, iako je iste geografske širine, jer ima koristi od Golfske struje. Morska voda to ipak ne pokreće uvijek mirno. Ponekad, kad se susretnu topla i hladna voda (i zračne mase), rezultat je oluja ili čak uragan.